何川/贾桂芳课题组发现植物mRNA化学修饰m6A去甲基酶并揭示其对植物开花时间的调控功能

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近期，北京大学化学学院的何川/贾桂芳课题组在在高等植物N6-甲基腺嘌呤（m6A）动态可逆调控的研究中取得重要进展，相关工作以“ALKBH10B is An RNA N6-Methyladenosine Demethylase Affecting Arabidopsis Floral Transition”为题，发表在The Plant Cell （DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.16.00912）。

N6-甲基腺嘌呤（m6A）是mRNA上最丰富的修饰，遍布于真菌，动物以及植物当中。这一修饰调控了mRNA的剪接，出核转运、降解，以及翻译等过程，并深刻影响了干细胞状态维持和分化、癌症的发生与发展、动植物生殖与发育、病毒的侵染与扩增等过程。在哺乳动物中，N6-甲基腺嘌呤由甲基转移酶复合物（包括METTL3，METTL14，WTAP，KIAA1429，RBM15等）引入，由去甲基酶（FTO，ALKBH5）去除，由N6-甲基腺嘌呤结合蛋白识别并发挥功能。在高等植物中，人们对这一转录后修饰的详细研究主要集中于甲基转移酶复合物（MTA，MTB，FIP37，VIRILIZER，HAKAI等），然而，m6A在高等植物中是否是动态可逆的一直没有确切的结论。
北京大学化学学院何川/贾桂芳课题组充分利用其在m6A去甲基酶领域的研究经验，对这一悬而未决的问题进行了开创性的探索。通过序列比对，该课题组找到了拟南芥中N6-甲基腺嘌呤修饰潜在的去甲基酶，并着重研究了ALKBH10B的去甲基功能及其在拟南芥生命活动中的调控作用。首先，体外表达纯化的ALKBH10B蛋白对单链短RNA和全长的拟南芥mRNA都有明显的m6A去甲基活性。通过比较野生型Col-0，ALKBH10B的T-DNA插入突变体，突变体回补和无活性回补株系，以及ALKBH10B过表达株系mRNA中m6A的含量，表明ALKBH10B的去甲基功能影响了拟南芥mRNA的m6A水平。ALKBH10B缺失导致显著的晚花表型，且与去甲基酶活性相关。在ALKBH10B的T-DNA插入突变体中，FT基因mRNA的甲基化水平升高，而相应地，其mRNA稳定性也较野生型Col-0更低，最终导致FT的mRNA水平在突变体中显著低于野生型。同样，FT上游的SPL3和SPL9也在突变体中有更高的mRNA甲基化水平，更快的mRNA降解和更低的mRNA水平。由此确证ALKBH10B通过影响FT，SPL3和SPL9影响拟南芥的成花诱导。此外，研究人员分别对野生型和ALKBH10B突变体进行了RNA-seq和m6A-IP-seq。测序结果表明，ALKBH10B广泛影响了拟南芥mRNA的甲基化谱。相比野生型，在突变体中含高甲基化的基因进行功能注释显示，ALKBH10B缺失影响的基因功能与所观察到的alkbh10b-1突变体表型相吻合。
何川/贾桂芳课题组博士研究生段洪超为文章第一作者，贾桂芳和何川为共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金委和科技部的资助。
论文链接：http://www.plantcell.org/content/29/12/2995